Desain Tracker Antena Parabola Berbasis Mikrokontroler

Desain Tracker Antena Parabola Berbasis Mikrokontroler Sri Wahyuni Dali #1, Iskandar Z. Nasibu #2, Syahrir Abdussamad #3 #123 Teknik Elektro Universitas Negeri Gorontalo Abstrak Makalah ini membahas desain tracker antena parabola yang dapat memutar antena parabola sesuai sudut azimut dan elevasinya. Tracker antena parabola ini mengunakan mikrokontroler sebagai pengendali utama. Sistem tracker ini terdiri atas komponen utama mikrokontroler, motor listrik, keypad, dan sensor-sensor. Pada rangkaian driver, transistor berfungsi sebagai switch yang terbuka pada saat cut-off dan tertutup pada saat keadaan saturasi. Motor akan bergerak jika transistor pada relay 1 mendapat logika 1. Motor akan bergerak kearah kanan/atas jika transistor relay 2 mendapat logika 1, dan motor akan bergerak kearah kiri/bawah jika transistor relay 2 mendapat logika 0. Output dari switch berupa pulsa sebesar 5 volt yang berfungsi sebagai umpan balik untuk mengetahui putaran roda gigi motor. Kata Kunci tracker, antena parabola, azimut, elevasi, mikrokontroler I. PENDAHULUAN Salah satu sumber informasi yang banyak digunakan oleh manusia adalah televisi. Sinyal siaran televisi dapat ditangkap melalui antena parabola. Sinyal siaran terbaik dapat diperoleh jika antena parabola diarahkan pada sudut azimut dan elevasi sesuai posisi satelit [4]. Saat ini telah banyak tracker antena parabola hanya dapat bergerak satu arah yaitu sesuai sudut azimut atau sesuai sudut elevasi saja, sehingga hasil yang diperoleh kurang maksimal. Berdasarkan kondisi ini, maka diperlukan tracker antena parabola yang dapat memutar antenna parabola sesuai sudut azimut dan elevasinya. Dengan tracker yang dapat bergerak dua arah ini, akan menghasilkan tingkat ketepatan arah antena parabola yang lebih baik [5]. Mikrokontroler II. TINJAUAN PUSTAKA Mikrokontroller keluarga MCS-51 mempunyai memori program dan memori data (Anonim1, 2000). Pemisahan dilakukan secara logika, sehingga CPU dapat mengakses sampai 64 kbyte memori program dan 64 kbyte memori data. Lebar memori data internal adalah 8 bit dan 16 bit (register PC dan register DPTR [1] Memori program menggunakan alamat sepanjang 64 kbyte dengan 4 kbyte (alamat $0000 sampai $OFFF) yang merupakan memori internal, sehingga 60 kbyte merupakan memori eksternal. Memori program merupakan tempat menyimpan data yang permanen. Memori program merupakan memori yang hanya dapat dibaca atau lebih dikenal dengan nama Read Only Memory (ROM). Data dalam ROM tidak akan terhapus meskipun catu daya dimatikan (bersifat non volatile). Karena sifatnya yang demikian maka ROM hanya dapat digunakan untuk menyimpan program. Ada beberapa tipe ROM, diantaranya ROM murni yaitu memori yang sudah diprogram pabrik, PROM, EPROM, dan EEPROM. PROM merupakan memori yang dapat diprogram oleh pemakai tetapi tidak dapat diprogram ulang. EPROM merupakan PROM yang dapat diprogram ulang oleh pemakainya. ROM jenis inilah terdapat pada mikrokontroler 8751. Hal ini ditandai dengan adanya jendela kaca pada konstruksi IC 8751 yang digunakan untuk menghapus atau memprogram ulang program yang sudah ada atau ingin mengganti dengan program baru yang telah dibuat oleh programmer. Sedangkan EEPROM pada prinsipnya sama dengan EPROM, tetapi perbedaannya terletak pada pengisian dan penghapusan program. Untuk mengisi program baru, pada EPROM harus dihapus terlebih dahulu dengan sinar ultraviolet baik yang alami seperti yang terdapat pada sinar matahari atau yang buatan manusia seperti lampu yang dapat memancarkan sinar ultraviolet. Sedangkan pada EEPROM pengisian dapat dilakukan secara langsung, dimana program yang lama langsung ditumpuk oleh program yang baru. Hal ini secara otomatis akan menyebabkan program yang lama hilang. Sehingga di dalam penggunaannya, EEPROM lebih fleksibel dibandingkan dengan EPROM selain harganya lebih murah. Untuk pengisian program AT89C51 tidak perlu menghapus data yang lama. Ketika pengisian program baru, maka otomatis program yang lama tertindih program yang baru. Bentuk fisik dan konfigurasi dari kaki-kaki pada MC AT 89C51 ditunjukkan pada gambar 1. 287

Desain Sistem III. HASIL DAN PEMBAHASAN Desain sistem tracker antena parabola ditujukkan pada diagram blok gambar 1. RANGKAIAN KEYPAD MCU 8051 DRIVER MOTOR MOTOR DC SENSOR PUTARAN MOTOR Relay Gambar 1. Bentuk fisik AT 89C51 Relay bekerja secara elektromagnetik sehingga disebut saklar magnet yang dapat dioperasikan dari jarak jauh dengan bantuan saklar pengunci atau saklar tanpa pengunci. Pada relay terdapat dua bagian yang penting yaitu belitan kumparan magnet dan kutub kontak. Ujung kumparan biasanya diberi simbol a dan b. Jika kumparan yang melilit pada inti magnet diberi arus, maka akan menjadi magnet dan menarik kutub-kutub kontak. Karena kutub kontak dari relay pada saat belum bekerja terdiri dari kontak terbuka (NO) dan kontak tertutup (NC), maka setelah relay bekerja, kontak-kontak tersebut menjadi sebaliknya. Gambar 2. Konstruksi relay Relay supaya bekerja normal harus diberi tegangan yang sesuai dengan tegangan kerja dari relay tersebut dan batas tegangan yang diperbolehkan antara 85% - 110%. Sedangkan berdasarkan sumber tegangannya maka jenis relay dapat dibedakan menjadi relay AC dan DC. Dalam perancangan suatu rangkaian kontrol, pemilihan relay yang akan digunakan sangat penting, pada penggunaan dan pemakaian relay sangat tepat untuk rangkaian kontrol dan akan mendapatkan stabilitas kerja rangkaian yang baik. Gambar 1. Diagram blok sistem tracker antena parabola Input data diperoleh dari penekanan tomboltombol dari keypad yang dihubungkan melalui port 0. Input disini diperlukan untuk memberikan perintah pada MCU, motor mana yang harus bergerak. Jika kita tekan tombol * maka yang bergerak adalah motor y (arah vertikal) dan tombol # untuk motor x (arah horizontal). Setelah ditemukan posisi yang sesuai, maka oleh MCU data tersebut akan disimpan dengan kita menekan salah satu tombol (tombol 1-9). Dan dengan menekan tombol yang sama kita dapat menggerakkan motor sesuai data yang tersimpan selama catu dari MCU tidak terputus. Output data yang berupa driver motor dan pembalik arah putaran motor disini melalui port 2 dari MCU, yang mana port 2.0 untuk on/off dari motor arah horisontal, port 2.1 arah putaran dari motor arah horisontal. Port 2.2 untuk on/off dari motor arah vertikal, port 2.3 arah putaran dari motor arah vertikal. Nilai port-port tersebut pada awalnya bernilai logika 0 dan ini artinya seluruh relay dalam keadaan off. Jika ada penekanan di keypad berupa tanda *, maka port 2.0 dan 2.1 mempunyai logika 1 dan jika ditekan tanda # maka port 2.2 dan 2.3 mempunyai logika 1 dan ini berarti relay ON. Penekanan tombol akan ditampilkan melalui seven segment, yang dihubungkan melalui port 1. Agar dapat mengetahui jumlah putaran dari motor, maka pada gearbox diberi sensor putar yang dihubungkan dengan port 3 dari MCU. Port 3.2 untuk sensor putar arah horizontal dan Port 3.3 untuk sensor putar arah vertikal. Port 3.4 untuk batas gerakan arah horizontal dan Port 3.5 untuk batas gerakan arah vertikal. Rangkaian Keypad Enkoder keypad yang digunakan adalah 74C922 (Anonim2, 1999), dimana keypad tersusun secara matrik 4 x 4. Output keypad dihubungkan ke MCU sebgai inputan data pada port 0 (P0). Baris dari matrik keypad dihubungkan dengan input X dari encoder sedangkan kolom dari matrik keypad dihubungkan dengan input Y dari encoder atau sebaliknya. IC ini 288

juga dilengkapi dengan osilator, untuk itu diperlukan tambahan kapasitor eksternal. IC 74LS245 berfungsi sebagai buffer atau penyangga. MCU diberi beban yang ringan karena buffer ini mempunyai impedansi masukan yang sangat tinggi dan impedansi keluaran yang sangat rendah. Gambar 4. Rangkaian Keypad Keypad digunakan sebagai input dari MCU, yang dihubungkan melalui port 0. Input diperlukan untuk memberikan perintah pada MCU, motor mana yang harus bergerak. Jika kita tekan tombol *, maka yang bergerak adalah motor y (arah vertikal) dan tombol # untuk motor x (arah horizontal). Setelah ditemukan posisi yang sesuai maka oleh MCU data tersebut akan disimpan dengan cara menekan salah satu tombol (tombol 1-9). Dengan menekan tombol yang sama, motor dapat digerakkan sesuai data yang tersimpan. Rangkaian Mikrokontroler MCS-51 hanya akan bekerja jika dihubungkan dengan program yang terdapat dalam EPROM. Dalam hal ini digunakan internal Flash EPROM sebesar 4 kbyte. Agar dapat menjalankan program yang dibuat dan supaya Port 3 dapat berfungsi secara umum (P0-7) sebagai I/O, maka pin EA (External Access) terlebih dahulu dihubungkan ke VCC. Pada perencanaan ini penggunaan port seperti pada tabel 1. Nama Port 0.0.. 0.7 1.1.. 1.7 2.0 2.1 2.2 2.3 3.2 3.3 3.4 3.5 TABEL I PENGGUNAAN PORT MCU Dihubungkan pada Rangkaian keypad Seven segmen On/off relay x Arah putaran motor x On/off relay y Arah putaran motor y Sensor putar motor x Sensor putar motor y Batas 0 arah x Batas 0 arah y Gambar 5. Rangkaian Mikrokontroler Jantung dari 8051 adalah rangkaian yang membangkitkan pulsa clock yang mensinkronkan semua operasi internal. Pin Xtal1 dan Xtal2 disiapkan untuk dihubungkan dengan rangkaian resonansi sebuah osilator. Sebuah kristal quartz dan kapasitor dihubungkan seperti gambar 5. Untuk kristalnya digunakan frekuensi 1 MHz sampai dengan 16 MHz. Dalam perencanaan ini menggunakan 12 MHz. Karena MCS-51 digunakan untuk fungsi I/O dan tidak memanfaatkan fungsi komunikasi serial, maka yang digunakan tidak mempengaruhi untuk kerja sistem secara besar-besaran. Pemilihan kristal 12 Mhz ini dikarenakan untuk mempermudah perhitungan dalam menentukan panjang timer atau delay. Hal ini disebabkan adanya perscaler atau pembagi 12 yang dipasang secara hardware di dalam mikroprosesor untuk penggunaan timer. Sedangkan kapasitor antara 27 pf sampai dengan 33 pf. Dalam perencanaan ini menggunakan 30 pf. Pin 9 adalah masukan reset (aktif tinggi). Pulsa transisi dari rendah ke tinggi akan mereset 8051. Pin ini dihubungkan dengan rangkaian RC yang terlihat pada gambar 5. Peta Memori dari mikrokontroler dijelaskan pada tabel 2. TABEL II PETA MEMORI Alamat Data keterangan 000H 00-08H Sensor putar motor x 001H 00-04H Sensor putar motor y 002H 00-01H Pembalik fasa motor x 003H 10H-11H Pembalik fasa motor y 010H 00-08H Tombol keypad x 011H 00-04H Tombol keypad y Driver Motor Driver motor diperlukan karena sinyal yang dikeluarkan oleh mikrokontroler tidak cukup kuat untuk menggerakkan motor servo. Di samping itu driver motor diperlukan agar motor dapat bergerak dengan arah putar yang diinginkan [6] 289

Gambar 8. Roda gigi untuk gerakan horizontal Sensor Putar Gambar 6. Rangkaian driver motor Rangkaian driver ditunjukkan pada gambar 6 diatas, menggunakan 2 buah transistor NPN tipe BC 108 untuk mengendalikan motor dengan tegangan catu 12 volt [6]. Dalam pembuatan tracker ini motor yang digunakan adalah motor DC dengan tegangan catu 12 volt. Alasan penggunaan motor DC ini, karena motor DC mempunyai torsi yang besar bila dibandingkan dengan motor lain, sehingga motor mampu menahan beban yang berat saat berhenti. Selain itu penggunaan motor DC sangat mudah untuk gerakan putar secara bolak balik. Roda gigi disini digunakan untuk membantu kerja dari motor menggerakkan antena ke arah horizontal maupun vertikal. Bentuk dari gigi roda tersebut berupa lingkaran penuh (360 0 ) untuk arah horizontal dan setengah lingkaran (180 0 ) untuk arah vertikal. Gambar 7. Roda gigi untuk gerakan vertikal Sensor putar yang dipakai berupa switch yang dipasang pada roda gigi dari motor. Switch ini mengirim pulsa menuju port 3.3 MCU untuk arah vertikal dan 3.2 MCU untuk arah horizontal. Dan MCU menjadi penghitung jumlah pulsa untuk menyimpan atau mengetahui derajat pemutaran tracker. Gambar 9. Rangkaian sensor putar Pengoperasian tracker antena parabola Pengoperasian tracker antena parabola ini meliputi tahapan sebagai berikut: 1. Menghidupkan saklar pada power ON. 2. Menekan tombol # pada keypad untuk menggerakkan tracker ke arah horizontal ke kanan dan lepas tombol jika sudah ditemukan sinyal yang diinginkan. 3. Menekan salah satu tombol (1-9) untuk menyimpan posisi yang dapat menerima sinyal yang telah ditemukan. 4. Menekan tombol # pada keypad untuk menggerakkan tracker ke arah horizontal ke kanan dan lepas tombol jika sudah ditemukan sinyal yang diinginkan. 5. Menekan salah satu tombol (1-9) untuk menyimpan posisi yang dapat menerima sinyal yang telah ditemukan. 6. Menyimpan data posisi (harus berurutan dari derajat yang terkecil menuju yang besar). 7. Untuk berpindah dari tombol yang nilainya lebih besar menuju ke nilai yang lebih kecil, maka tracker harus disetel ke posisi awal terlebih dahulu dengan menekan tombol 0. 290

IV. KESIMPULAN Berdasarkan pembahasan dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Pada rangkaian driver transistor berfungsi sebagai switch yang terbuka pada saat cut-off dan tertutup pada saat keadaan saturasi. 2. Motor akan bergerak jika transistor pada relay 1 mendapat logika 1. 3. Motor akan bergerak kearah kanan/ atas jika transistor relay 2 mendapat logika 1, dan motor akan bergerak kearah kiri/bawah jika transistor relay 2 mendapat logika 0. 4. Encoder keypad yang menggunakan IC 74C922 berfungsi untuk merubah bilangan desimal dari penekanan tombol menjadi bilangan biner sebelum masuk ke MCU. 5. Output dari switch berupa pulsa sebesar 5 volt yang berfungsi sebagai umpan balik untuk mengetahui putaran roda gigi motor. DAFTAR PUSTAKA [1]. Anonim1, 2000, AT89C51 Datasheet, San Jose: Atmel Corporation. [2]. Anonim2, 1999, MM74C922 and MM74C923 Datasheet, Fairchild Semiconductor Corporation. [3]. Boylestad, R., Nashelsky, L., 1992, Electronic Devices and Circuit Theory, New Jersey: Prentice-Hall International, Inc., hal. 160-177. [4]. Clark, M.P., 1995, Network and Telecommunications Design and Operation, England: John Wiley & Sons. [5]. Juwono, F.H., 2007, Perancangan Sistem Penjejakan Azimuth Antena pada Satelit Cakrawarta-1, Jakarta: Jurusan Teknik Elektro UI. [6]. Zuhal, 1992, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Jakarta: PT. Gramedia, hal 185-189. 291